vecteur champ électrostatique

Phase d’acquisition (Classe 1ère D, Année 2014-2015) – OG - Chap.5 : Espace champ électrostatique
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TRACE ECRITE
OBS
Chapitre 5
ESPACE CHAMP ELECTROSTATIQUE
1. Mise en évidence de la force électrostatique
1.1 Expérience et observation
connexion
Bloc métallique
manivelle
pendule
Bloc métallique
Mise en évidence de la force électrostatique
1.2 Interprétation
Attraction et répulsion du pendule (isolé) par les blocs métalliques : au contact, il
prend une partie de la charge et est repoussé et attiré par l’autre bloc.
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Cela traduit l’existence de forces d’interaction entre le pendule électrisé et les
blocs métalliques électrisés : cette force est appelée force électrostatique.
Les phénomènes observés montrent qu’il existe deux types d’électricité :
l’électricité positive et l’électricité négative.
1.3 Conclusion
La boule électrisée subit une force appelée force électrostatique.
1.4 Définition de la force électrostatique
La force électrostatique est une interaction à distance entre des charges
électriques. Elle est attractive si les charges sont de signes contraires, sinon, elle
est répulsive.
F2/1
+
+
F1/2
F2/1
-
-
F1/2
+
Forces répulsives
F2/1 F1/2
Forces attractives
2. Vecteur champ électrostatique
2.1. Espace champ électrostatique
En toute région de l’espace où tout corps électrisé est soumis à une force
électrostatique, règne un champ appelé champ électrostatique.
2.2. Vecteur champ électrostatique
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i. Définition
Plaçons différentes charges q1, q2, q3, …, qn en un point M où règne un champ
électrostatique. Les charges subissent des forces électrostatiques respectives
𝐹⃗1 (M), 𝐹⃗2 ( (M), 𝐹⃗3 ( (M), …, 𝐹⃗𝑛 ( (M).
L’expérience montre que
E (M)
𝐹⃗1
𝑞1
=
𝐹⃗2
𝑞2
=
𝐹⃗3
𝑞3
=…=
𝐹⃗𝑛
𝑞𝑛
⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ = 𝐸⃗⃗ (M)
= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
est appelé vecteur champ électrostatique :
E
F
q
ii. Caractéristiques de E
Le vecteur champ électrostatique E est une grandeur spécifique du champ
électrostatique en un point M de l’espace champ. Ses caractéristiques sont :
F (ligne d’action de F )
même sens que F si q>0
sens contraire de F si q<0
Direction : celle de
Sens :
-
Point d’application : le point M considéré
Norme : E =
F
q
Où
F : norme de la force électrostatique (en newtons : N)
Q : charge électrique (en coulombs : C)
E : norme du vecteur champ électrostatique en volts par mètre
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(V/m)
2.3. Représentation du champ électrostatique
iii. Lignes de champ
Une ligne de champ est une ligne continue, tangente au vecteur champ
électrostatique en chacun de ses points et orientée dans le sens du vecteur
champ.
iv. Spectre électrostatique
L’ensemble des lignes de champ d’un espace champ constitue le spectre
électrostatique.
3. Exemple de champs électrostatiques
3.1. Champ créé par une charge ponctuelle
Le champ créé par une charge ponctuelle est radial (orienté suivant une droite).
Son sens dépend du signe de la charge. Il est divergent à partir d’une source
positive et convergente vers la source négative.
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Q>0
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Q<0
Champ centrifuge (divergent)
Champ centripète (convergent)
3.2. Distribution de charges ponctuelles
Le vecteur champ électrique créé en un point par un ensemble de charges
ponctuelles est égal à la somme des vecteurs champs électriques créés en ce
point par chacune des charges :
i
E=  E i
i=1
Q1 > 0
M
E2
Q2< 0
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E1
E
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Somme vectorielle de champ électrostatique
3.3. Champ électrostatique uniforme
Un champ électrostatique est dit uniforme si le vecteur champ électrostatique
garde ses caractéristiques (direction, sens et norme) invariables en tous les points
de l’espace. Un tel champ est obtenu entre les armatures d’un condensateur plan.
E
P
N
Caractéristiques du vecteur champ dans un condensateur
 Direction : perpendiculaire aux plaques (armatures)
 Sens : de la plaque positive vers la plaque négative
 Norme : celui de la force électrostatique qui agirait sur un porteur de charge
positive placé dans cet espace
.
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